轉基因技術是怎麽回事？

掐指一算，我涉及分子生物學研究和工業領域已快二十年了，由於運氣不佳，期間換了很多工作，好處是涉及了很多不同的技術領域， 對基因工程的很多技術都有hands on experience。經常看到有些人在反對轉基因食物，其中還有像小崔這樣的高學曆名人，恨不得罵聲蠢豬，把他們都放在絞架上去。但轉念一想，在民主自由國家呆了那麽多年，不能和五毛一般見識，應該容忍別人的自由言論，更要把自己的觀點通俗易懂地說出來，說服那些外行人士！

自然界無時無刻不發生著轉基因。每個人都是爹媽生的，爹的一半基因和媽的一半基因轉給了你。大家都知道驢和馬交配能生出騾這種雜種，一般的解釋是，驢和馬是同種的，因此能夠雜交。但隨著對自然界的了解加深，人們發現這並不是金科玉律，雜交的規律要複雜得多。雜交也是自然進化的一條重要機製，轉基因是自然界的鐵律。自然轉基因當然也不一定都有益，那就用適者生存來對付了，能適應環境的轉基因留下了，不適合的就淘汰了！

自從人工轉基因技術的發現和發展，人類可以根據自己的需要，跨綱跨屬轉基因，甚至可以把植物基因轉到動物上，還可以轉入自然界從來沒存在過的人工基因。轉基因技術是有風險的，前段時間中國科學家製造了轉基因人，引發爭議，是因為倫理的問題，這些轉基因可能危害嬰兒的健康，出現不可預料的結果。關於轉基因食物，也會有一些問題，但吃下去是否有毒？隻要沒有轉進產毒基因，應該是無害的。所有的食物，進入腸道後，都被消化成簡單分子，與基因有關的兩種物質，DNA變成核酸，蛋白質變成氨基酸，都是安全的營養物質。我認為，所謂轉基因食物的有害性，主要是有關環境方麵的。比如有種鳥類依賴一種蟲子，當一種抗蟲的莊稼推廣後，該種蟲子滅絕了，那種鳥也沒得活了。還有就是商業競爭的問題，如美國的轉基因大豆，完勝了中國的本土大豆，中國大豆商和農民就要破產了，為了自己的生存，他們就要抵製詆毀轉基因大豆。

關於轉基因技術，在此介紹下最基本的概念。人工轉基因有以下幾種最基本的步驟：

1. 取得符合要求的DNA片段；
2. 構建基因的表達載體；
3. 將目的基因導入受體細胞；
4. 目的基因的檢測與鑒定。

要使轉基因成為可能,需要以下幾種關鍵技術:

核酸凝膠電泳技術
核酸分子雜交技術
細菌轉化轉染技術(Transformation/Transfection)
DNA序列分析技術(Sequencing)
寡核苷酸合成技術
基因定點突變技術
聚合酶鏈反應技術(PCR)

下麵以將人類胰島素基因轉入大腸杆菌為例, 說明轉基因的過程. 胰島素以前是靠從豬或牛的胰腺裏提取的, 純度不高,動物胰島素和人類的還是有區別的,效果不佳。如果把人類胰島素基因轉入大腸杆菌, 細菌能夠大批量繁殖,然後再從中將胰島素提純出來, 就可以得到高純度的人類胰島素了.

首先通過NCBI Blast 等工具,找到人胰島素的基因序列, 然後去找到這段DNA實物,方法有: 一, 找到含人胰島素DNA片段,用內切酶切下來; 二, 以人胰島素DNA 為模板, PCR下來; 三,化學合成. 有了DNA,再去找有關質粒(Plasmid). 質粒是一種在原核生物中存在的基因轉導顆粒,能夠獨立表達. 質粒中含有一係列構件,能保證轉入的基因能夠準確表達,轉錄, 通常包括抗生素選擇基因. 細菌碰到抗生素就會被殺死,但含有這種質粒的細菌能在含有抗生素的培養液中生存下來,這就是一種很有效的選擇機製.

接下去就要設計一套方案,把這段DNA 插入到質粒中去. 和這段表達基因同時接上去的,可以有報告基因,如GFP, 能發出熒光,或抗原序列,可以檢測到; 有蛋白酶切位點,提純下來後可以用蛋白酶將某段切掉; 有純化位點,表達一些粘性標誌物,以便於純化.....設計完後,就要將有關DNA片段插入到質粒中去, 插入技術有:

限製內切酶技術: 最傳統的技術了, 用Ligase 連接起來

Gate way 技術: 基於combinase的技術

TOPO: 基於Topoisomerase

Infusion:

LIGATION INDEPENDENT CLONING

BI- or MULTI-CISTRONIC CLONING

GIBSON ASSEMBLY

 GOLDEN GATE CLONING

目前用的最多的, 還是最老的限製內切酶技術和最新的Gibson的改進版, Hifi Assembly. 後者可以方便地進行基因片段的copy, paste, 還可以用於點突變.

插入完畢,就將合成質粒轉導到經過處理的大腸杆菌(Competent cell)中, 然後將菌漿塗在含有抗生素的培養皿上. 成功轉導的細菌能在培養皿上生存下來,形成隻含一個細菌的菌落(clony). 讓菌落長一個晚上,跕取數個菌落,通過內切酶或PCR初選,將數個通過初選的菌落小抽(miniprep), 提取DNA 送去測序. 測序結果如與預期一致,"克隆"就成功了.

然後,就將成功的轉基因大腸杆菌大規模擴增,轉入較多量的Competent cell中, 進行培養.實驗室裏的培養罐有幾升的, 而工業上的大罐子有幾千升的. 長到一定量,就可以將細菌收獲,進行純化提取了.

以上是個簡單的例子,概述了轉基因的過程.轉基因的應用前景還是很廣泛的,大致會在以下方向:

農牧業、食品工業
運用基因工程技術，不但可以培養優質、高產、抗性好的農作物及畜、禽新品種，還可以培養出具有特殊用途的動、植物。
1.轉基因魚
生長快、耐不良環境、肉質好的轉基因魚（中國）。
2.轉基因牛
乳汁中含有人生長激素的轉基因牛（阿根廷）。
3.轉黃瓜抗青枯病基因的甜椒
4.轉魚抗寒基因的番茄
5.轉黃瓜抗青枯病基因的馬鈴薯
6.不會引起過敏的轉基因大豆
7.超級動物
導入貯藏蛋白基因的超級羊和超級小鼠
8.特殊動物
導入人基因具特殊用途的豬和小鼠
9.抗蟲棉
蘇雲金芽胞杆菌可合成毒蛋白殺死棉鈴蟲，把這部分基因導入棉花的離體細胞中，再組織培養就可獲得抗蟲 棉。

環境保護
基因工程做成的DNA探針能夠十分靈敏地檢測環境中的病毒、細菌等汙染。
利用基因工程培育的指示生物能十分靈敏地反映環境汙染的情況，卻不易因環境汙染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉化汙染物。
基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種汙染環境的物質（通常一種細菌隻能分解石油中的一種烴類，用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物。有的還能吞食轉化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質。

醫學
基因作為機體內的遺傳單位，不僅可以決定我們的相貌、高矮，而且它的異常會不可避免地導致各種疾病的出現。某些缺陷基因可能會遺傳給後代，有些則不能。基因治療的提出最初是針對單基因缺陷的遺傳疾病，目的在於有一個正常的基因來代替缺陷基因或者來補救缺陷基因的致病因素。

用基因治病是把功能基因導入病人體內使之表達，並因表達產物——蛋白質發揮了功能使疾病得以治療。基因治療的結果就像給基因做了一次手術，治病治根，所以有人又把它形容為“分子外科”。

我們可以將基因治療分為性細胞基因和體細胞基因治療兩種類型。性細胞基因治療是在患者的性細胞中進行操作，使其後代從此再不會得這種遺傳疾病。體細胞基因治療是當前基因治療研究的主流。但其不足之處也很明顯，它並沒前改變病人已有單個或多個基因缺陷的遺傳背景，以致在其後代的子孫中必然還會有人要患這一疾病。
 

不管你喜不喜歡,轉基因技術再也不會在我們的社會中消失了.從已有的曆史看,還是利大於弊的. 所以, 盡可能多地了解一點有關知識,肯定是有益的.